大數(shù)據(jù)背景下“科教融合”模式在《R語言程序設(shè)計(jì)》課程中的應(yīng)用研究

馮艷紅

（河北地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院 河北·石家莊 050031）

0 引言

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)是以大數(shù)據(jù)、信息技術(shù)等為依托，適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的新興專業(yè)。該專業(yè)突出培養(yǎng)具有大數(shù)據(jù)分析能力的面向社會的數(shù)據(jù)分析與決策專門人才。R語言是現(xiàn)今最受歡迎的數(shù)據(jù)分析和可視化軟件之一，目前越來越多的人員在使用R來分析數(shù)據(jù)，因此，《R語言程序設(shè)計(jì)》在大數(shù)據(jù)分析和科研中具有舉足輕重的作用，對于培養(yǎng)學(xué)生基于統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化的數(shù)據(jù)分析能力大有裨益。

1 R語言程序設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

R語言程序設(shè)計(jì)是我校數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)大學(xué)三年級第一學(xué)期的專業(yè)核心課程，課程包含32學(xué)時(shí)的理論教學(xué)和24學(xué)時(shí)的實(shí)踐教學(xué)。主要知識點(diǎn)包括：數(shù)據(jù)集基本操作，基本數(shù)據(jù)管理，高級數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)可視化，基本統(tǒng)計(jì)分析，回歸，方差分析，時(shí)間序列，聚類分析等。

R語言是一款自由、免費(fèi)的開源軟件，其特點(diǎn)是語法簡單，所有的R函數(shù)和數(shù)據(jù)集都保存在程序包中，只要有一定的編程基礎(chǔ)，就可以很容易上手，因此，教師在授課過程中的主要任務(wù)不僅僅是講授基礎(chǔ)知識，更重要的是將前沿的知識融入教學(xué)，將教師的科研內(nèi)容貫穿教學(xué)，將實(shí)際工程應(yīng)用匯入教學(xué)，形成科研教學(xué)的深度融合。

2 基于“科教融合”模式的R語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)設(shè)計(jì)

科研能力是高校教師必須具備的能力，本科生科研能力的培養(yǎng)是高校的重要任務(wù)之一，也是我?！把錾侥剿毙律嘤?jì)劃的重要組成部分。針對我國提出的建設(shè)“創(chuàng)新型”國家的戰(zhàn)略任務(wù)，本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)不僅需要基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，更需要加強(qiáng)科研素質(zhì)和綜合能力的培養(yǎng)。由于本科生的思維還未受到各種理論的束縛和限制，創(chuàng)新型人才培養(yǎng)最重要的環(huán)節(jié)是本科階段的教育。

2.1 學(xué)生科研興趣的培養(yǎng)

在該階段，基于學(xué)?！把錾侥剿迸嘤?jì)劃，主要分為三步走：（1）課程開始階段，邀請領(lǐng)域內(nèi)的成功人士為學(xué)生做報(bào)告，特別是與學(xué)生專業(yè)緊密相關(guān)的、有行業(yè)背景的企業(yè)精英，使學(xué)生對整個(gè)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)行業(yè)有一個(gè)全面、客觀的了解。（2）教學(xué)過程中，邀請優(yōu)秀的碩士研究生或者博士研究生，介紹一些與課程相關(guān)的科學(xué)技術(shù)或者與專業(yè)相關(guān)的最新科研成果，由此激發(fā)學(xué)生的科研興趣和科研意識。同時(shí)，授課教師也需要實(shí)時(shí)的把自己的科研問題引入到課堂中，引起學(xué)生對求解問題的探索與興趣，鼓勵(lì)感興趣的學(xué)生參與到自己的科研團(tuán)隊(duì)。此外，授課過程也可以邀請課程組或者其他相關(guān)學(xué)院的教師講授與R語言相關(guān)的工作，打破傳統(tǒng)教學(xué)中“一門課程由一位教師講授”的固有模式。（3）課程結(jié)束時(shí)，讓學(xué)生提交一篇與課程內(nèi)容相關(guān)的小論文并在課堂上進(jìn)行介紹，由此鍛煉其信息獲取能力，創(chuàng)造能力、寫作與表述能力等。這個(gè)過程，學(xué)生首先需要確定研究問題，然后到網(wǎng)上查閱學(xué)術(shù)論文，之后要獲取數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的可視化，最后給出結(jié)論。

2.2 學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)

實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力以及分析判斷和決策能力，將理論與實(shí)際結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，所以，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)的方式非常重要。探索并研究針對不同層次的學(xué)生，設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)組合，包括“層次化”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系，提供“菜單式”自選內(nèi)容，讓學(xué)生在自己的能力范圍內(nèi)完成各自任務(wù)，不僅能起到加強(qiáng)理論知識理解的作用，還能增強(qiáng)學(xué)生的自信心，使其有成就感，從而激發(fā)學(xué)生熱情。

2.3 學(xué)生創(chuàng)新與科研能力的培養(yǎng)

在該階段，一部分有能力的學(xué)生可以參與到導(dǎo)師的科研活動(dòng)中，或者學(xué)生根據(jù)自己感興趣的內(nèi)容，自己尋找研究課題，并在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行。《R語言程序設(shè)計(jì)》課程開設(shè)于三年級的第一學(xué)期，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)有了專業(yè)基礎(chǔ)，又逐漸增加了專業(yè)知識，因此可以開始正式進(jìn)入創(chuàng)新與科研環(huán)節(jié)。這樣一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，使學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，能夠從事自己感興趣的研究方向，從而具有創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、科學(xué)素養(yǎng)和人文情懷的創(chuàng)新型人才。

2.4 R語言的教學(xué)評價(jià)方法

課程的考核方式主要分為兩部分：課程設(shè)計(jì)及小論文撰寫部分（40%）、筆試部分（60%）。從學(xué)生最終提交的小論文來看，學(xué)生對于這種模式積極性比較高，任務(wù)布置之后，積極尋找問題，查閱資料，很多學(xué)生的研究內(nèi)容，分析方法，統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，圖形展示等都是自學(xué)完成。此外，鼓勵(lì)學(xué)生用英文撰寫科技論文，少部分學(xué)生撰寫了英文論文。此外，筆試部分的考試采用河北省大學(xué)生思政教育平臺進(jìn)行，考試題目從題庫里隨機(jī)抽題，考試方式更加公平。

3 “科教融合”下學(xué)生課程論文案例分析

在課程結(jié)束時(shí)，要求學(xué)生完成一篇課程論文，基本思路是利用R語言完成數(shù)據(jù)的獲取，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)的可視化。在數(shù)據(jù)獲取階段，學(xué)生可以直接使用R自帶的數(shù)據(jù)集，也可以使用R語言從網(wǎng)上獲取數(shù)據(jù)，部分課程論文的信息如表1所示：

表1：《R語言程序設(shè)計(jì)》課程論文信息

由表1可知：學(xué)生的科研素養(yǎng)得以提升，數(shù)據(jù)分析能力得以體現(xiàn)，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，創(chuàng)新能力得到開發(fā)，所使用的數(shù)據(jù)分析方法不僅涵蓋了課堂講授的內(nèi)容，而且主動(dòng)探索未知，用以求解問題。

此外，學(xué)生積極參與到教師的科研工作中，利用R的繪圖功能，繪制部分科研圖形包括：

圖1數(shù)據(jù)來源于教師的科研項(xiàng)目，利用四種群體算法求解多維背包問題的箱線圖。圖2的星圖則以數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)的學(xué)生為研究個(gè)體，對每位學(xué)生的總體情況設(shè)計(jì)構(gòu)圖并進(jìn)行分析。圖3是對金融數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，抓取2019年3月-2020年2月蘋果公司、英特爾公司、微軟公司的股票數(shù)據(jù)。

圖1：四種算法求解多維背包問題（MKP）箱線圖

圖2：學(xué)習(xí)成績星型圖

圖3：英特爾公司股票收盤價(jià)格波動(dòng)曲線

通過本次課程小論文的撰寫，學(xué)生不僅掌握了多種實(shí)用軟件，包括Mathtype,Endnote等，而且初步了解了科技論文寫作的規(guī)范，掌握了文獻(xiàn)檢索技術(shù)。

4 總結(jié)

《R語言程序設(shè)計(jì)》課程首次在我校數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)開設(shè)，作為一門程序設(shè)計(jì)語言課程，我們打破傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語言類教學(xué)方法，輕語法，重實(shí)踐。同時(shí)，在授課過程中，邀請資深數(shù)據(jù)分析師為學(xué)生作報(bào)告，使學(xué)生對數(shù)據(jù)科學(xué)的相關(guān)行業(yè)有個(gè)初步認(rèn)識。在今后的教學(xué)中，擬將機(jī)器學(xué)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容融入到課程的教學(xué)中，將科研內(nèi)容融入到課程教學(xué)，激發(fā)學(xué)生應(yīng)用R語言求解實(shí)際問題的熱情，使學(xué)生能夠在未來的學(xué)習(xí)以及工作中，能夠應(yīng)用R語言進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)分析。